DE4411099C2 - Chirurgisches Instrument - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument, insbesondere Zange, Schere oder Halter, mit einem am distalen Ende eines Schaftrohres angeordneten, aus zwei Maulteilen bestehenden Maul und einer proximalen Handhabe, bei deren Be­ tätigung wenigstens ein Maulteil relativ zum anderen verstellbar ist, und mit einer Einrichtung zur Einstellung einer definierten maximalen Schließkraft des Maules derart, daß auf dem Weg der Kraftübertragung von der Handhabe zum Maul zumindest ein Kraftübertragungselement aus superelastischem, reversibel verform­ barem Werkstoff mit mechanischem Formgedächtnis vorgesehen ist, dessen Spannungs-Dehnungs-Diagramm bei Spannungsbeaufschlagung ein den Bereich der Superelastitzität darstellendes Plateau durchläuft, wobei die Plateauspannung auf die erwähnte Schließkraft abgestimmt ist und der Weg der Verstellung der Handhabe zum Schließen des Maules durch einen Anschlag derart begrenzt ist, daß das Kraftübertragungselement maximal mit der Plateauspannung belastbar ist.

Derartige Instrumente sind in der DE 43 19 903 C1 (nachveröffentlicht) beschrie­ ben und auch in anderen Ausführungsformen bekannt. So ist beispielsweise aus DE 36 01 166 A1 eine Zange zum Fassen von Gewebe zu entnehmen, bei der ein festes und ein schwenkbewegliches Maulteil einem festen bzw. einem schwenk­ baren Griffteil zugeordnet sind, wobei zwecks Begrenzung der an den Maulteilen erzeugbaren Druckkraft der letztgenannte Griffteil in zwei gelenkig miteinander verbundene Teilstücke aufgetrennt ist, die gegeneinander mittels eines Feder­ gliedes abgestützt sind.

Bei Überschreiten eines vorbestimmten Druckes wird zwar das untere Teilstück gegenüber dem anderen, dann nicht mehr verschwenkbaren Teilstück ausgelenkt, beim weiteren Bewegen der Griffteile aufeinander zu nimmt jedoch die Haltekraft der Maulteile entsprechend der Kennlinie des Federgliedes weiter zu. Die sich so erhöhende Kraft kann letztlich zur Perforation oder gar zur Durchtrennung des zwischen den Maulteilen befindlichen Gewebes führen.

Aus der DE 40 10 775 A1 ist weiter eine chirurgische Zange bekannt, die ein festes Maulteil mit einem diesem zugeordneten festen Griffteil und ein bewegliches Maulteil aufweist, das mittels eines schwenkbaren Griffteiles betätigbar ist. Dabei besteht der schwenkbare Griffteil aus zwei miteinander fluchtenden Teilen, die durch ein Biegefederelement unlösbar miteinander verbunden sind. Zur Fixierung der Griffstellung der Maulteile sind an den Griffteilen Rastelemente vorgesehen, die miteinander in lösbaren Eingriff treten. Im übrigen sind auch Druckfedern zur Überlastsicherung bekannt (DE 36 01 166 A1).

Auch bei diesen Instrumenten ist eine als maximal möglich vorgegebene Haltekraft mit den Maulteilen nicht erzielbar, so daß auch hier insbesondere beim Einsatz solcher Instrumente als Halter für Gefäße, Gewebe, Organe usw. bei Operationen die Gefahr einer Schädigung durch übermäßige Klemmkraft der Maulteile besteht. Außerdem besteht die Gefahr, daß Teile des Instrumentes für den Fall einer über­ mäßigen Krafteinwirkung brechen.

In der EP 0 543 107 A2 ist ein endoskopisches Faßinstrument beschrieben, dessen Maulteile bei Belastung eine elastische Verformung erfahren. Hierdurch kann in gewisser Weise eine Überlastung der Zangenmaulteile vermieden werden. Da der Belastungsfall dem einer mechanischen Biegung entspricht, kann zwar ein Schutz vor einem zu starken Zugriff für Zangen, die nur zum Fassen verwendet werden, realisiert werden, jedoch läßt sich dieses Prinzip nicht bei Scheren oder Stanzen anwenden. Außerdem ist es bei diesem Prinzip von Nachteil, daß keine definierte Kraft für eine Überlastbegrenzung eingestellt werden kann, da der Eintritt der plastischen Verformung nicht genau vorgegeben werden kann.

In VDI Berichte Nr. 797, 1990, Seiten 203 bis 216, werden Anwendungsmöglich­ keiten von Nickel-Titan-Legierungen insbesondere im Zusammenhang mit deren Formgedächtniseigenschaften beschrieben. Diese Legierungen weisen superelasti­ sche Eigenschaften auf, wobei im Spannungs-Dehnungs-Diagramm ein Plateau auftritt, auf dem dieser Werkstoff unter im wesentlichen konstanter Kraftein­ wirkung um ein gewisses Maß reversibel gedehnt werden kann. In der erwähnten Veröffentlichung findet man auch den Hinweis, daß Legierungen dieser Art aufgrund der konstanten Umgebungstemperatur eines menschlichen Körpers besonders vorteilhaft in der Medizintechnik Verwendung finden können.

Die Möglichkeit, Nickel-Titan-Legierungen für Überlastsicherungen medizinischer Instrumente, wie Zangen, Scheren und dergleichen, anzuwenden, ist dieser Ver­ öffentlichung allerdings nicht zu entnehmen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines chirurgischen Instru­ mentes, bei dem diese Erkenntnisse besonders vorteilhaft bei einem speziell ausgebildeten und angeordneten Kraftübertragungselement genutzt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einem chirurgischen Instrument der eingangs erwähnten Art ausgegangen und dieses erfindungsgemäß so ausgestaltet, daß das Kraftübertragungselement als eine in dem Schaftrohr geführte Feder ausgebildet ist.

Die Verwendung einer Feder aus einer Formgedächtnislegierung zur Übertragung der an der Handhabe erzeugten Betätigungskraft auf das Instrumentenmaul er­ möglicht die Erzeugung einer Schließkraft, die nach Erfassen eines Objektes und nach Erreichen der als maximal vorgegebenen Schließkraft selbst bei weitergehender Betätigung der Handhabe in Schließrichtung konstant bleibt. Bei diesen Formgedächtnislegierungen wird die Eigenschaft der Super- oder Pseudoelastizität genutzt, die bei in bestimmter Weise wärmebehandelten Bauteilen aus z. B. Ni-Ti-Legierungen erreichbar ist. Diese Eigenschaft äußert sich bei einer bestimmten Belastung in einem Verhalten, das dem des Gummis ähnlich ist, d. h. es sind bei solchen Bauteilen relativ hohe Verformungswege ohne wesentlichen Anstieg der Verformungskraft möglich. Bei Belastungen innerhalb dieses Bereiches erfolgt selbst nach einer Dehnung bis zu 8% bei Entlastung eine Rückformung in die ursprüngliche Gestalt. Diese Eigenschaft des Formgedächtnisses wird bei dem erfindungsgemäßen Instrument gezielt genutzt, indem durch geeignete Dimensionierung der im Schaftrohr geführten Feder und Begrenzung des Betätigungsweges der Handhabe dafür Sorge getragen wird, daß sich die Feder maximal mit einer Spannung belasten läßt, die die erwähnte Plateauspannung nicht übersteigt und die auch nur so hoch ist, daß das Instrument nicht zu Bruch gehen kann.

Die Feder kann als in dem Schaftrohr geführte Zugfeder ausgebildet sein, deren proximales Ende mit dem beweglichen Griffteil und deren distales Ende mit wenigstens einem der Maulteile in Verbindung steht. Ebenso kann die Feder als in dem Schaftrohr geführte Druckfeder ausgebildet sein, deren distales Ende mit dem beweglichen Griffteil und deren proximales Ende mit dem Instrumentenmaul Verbindung hat.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Instrumentes in aktiviertem Zustand,

Fig. 2 einen Teil des Instrumentes nach Fig. 1 in deaktiviertem Zustand,

Fig. 3 eine weitere Ausführung des Instrumentes in aktiviertem Zustand,

Fig. 4 einen Teil des Instrumentes nach Fig. 3 in deaktiviertem Zustand und

Fig. 5 ein die Spannungs-Dehnungs-Charakteristik einer Formgedächtnislegierung darstellendes Diagramm.

Das als Feder ausgebildete Kraftübertragungselement ist aus einem Werkstoff mit mechanischem Formgedächtnis gefertigt, dessen Spannungs-Dehnungsverhalten in Fig. 5 dargestellt ist. Erreichen die Maulteile ihre Schließstellung oder treffen sie auf einen Widerstand, beispielsweise ein Gewebestück, so wächst zunächst die Haltekraft an den Maulteilen entsprechend der Betätigungskraft an der Handhabe, bis sie einen Wert σ 1 (Plateauspannung) erreicht. Wird nun der bewegliche Griffteil weiterbewegt, so erfährt die Feder eine Dehnung, die sich innerhalb des Dehnungsintervalles ∈1-∈2 unter gleichbleibender Kraft zwischen den Maul­ teilen vollzieht. Dies bedeutet, daß die in der Feder wirksame Spannung im Be­ reich dieses Dehnungsintervalles auf den Wert σ 1 begrenzt bleibt. Um zu vermei­ den, daß der Dehnungsgrenzwert ∈2, an dem die maximal mögliche Schließkraft des Zangenmaules und auch die Kraft orientiert sind, mit der das Instrument zur Vermeidung einer Bruchgefahr höchstens belastet werden darf, überschritten wird und eine irreversible plastische Verformung der Feder auftritt, ist ein Anschlag vorgesehen, der den beweglichen Griffteil nach einem vorgegebenen Schwenkweg abfängt. Bei Entlastung dieses Griffteiles bildet sich die Dehnung der Feder elastisch zurück, wobei der Spannungsverlauf dem unteren Linienzug des Dia­ grammes nach Fig. 5 folgt.

Durch diesen Aufbau kann ausgeschlossen werden, daß das gefaßte Objekt bei­ spielsweise zerdrückt wird. Die Feder wird also so dimensioniert, daß z. B. beim Erfassen harter Gewebeteile oder Knorpel trotz weiterer Betätigung der Handhabe in Schließrichtung, d. h. beim weiteren Zusammendrücken der Griffteile, die auf die Maulteile ausgeübte Kraft konstant bleibt, so daß auch eine das Instrument schädigende Überlastung vermieden wird.

Die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Instrumente weisen ein Schaftrohr 21 auf, das an seinem distalen Ende mit einem Paar schwenkbarer Maulteile 22 und an seinem proximalen Ende mit dem starren Griffteil 24 einer Handhabe 23 versehen ist. An dem Griffteil 24 ist ein beweglicher Griffteil 25 um einen Lagerstift 26 schwenk­ bar gelagert. Das Schaftrohr 21 ist in seinem proximalen Endbereich mit einem erweiterten rohrförmigen Teil 27 ausgeführt, der nach Fig. 3 und 4 der Auf­ nahme einer Druckfeder 28 aus einer Legierung mit Formgedächtniseigenschaften dient. Die Druckfeder 28 ist in einem in dem Teil 27 längsbewegbaren Rohrteil 29 untergebracht, das die Druckfeder 28 an ihrem distalen Ende hinterfaßt und proxi­ malseitig mit dem beweglichen Griffteil 25 gekoppelt ist. Das proximale Ende der Druckfeder 28 ist mit einer Zug-Druckstange 30 verbunden, die distalseitig mit den Maulteilen 22 gekoppelt ist.

Bei Betätigung des Griffteiles 25 entsprechend Fig. 3 erfolgt der Kraftfluß zu den Maulteilen 22 über die Druckfeder 28, deren Verformungsverhalten wiederum wie vorher beschrieben so genutzt wird, daß eine Überbeanspruchung von erfaßten Objekten und/oder des Instrumentes ausgeschlossen ist.

Die Ausführung nach Fig. 1 und 2 hat ein als Zugfeder 31 ausgebildetes Übertragungselement. Dabei ist die Zugfeder 31 direkt in dem erweiterten Teil 27 des Schaftrohres 21 geführt und distalseitig mit der mit den Maulteilen 22 gekop­ pelten Zug-Druckstange 30 und proximalseitig mit dem beweglichen Griffteil 25 verbunden. Die Betätigung des Griffteiles 25 in Richtung auf den Griffteil 24 bewirkt einen Kraftfluß, der als Zugspannung über die Zugfeder 31 verläuft, wobei wiederum der vorstehend beschriebene Effekt erreicht wird.

Claims (3)

1. Chirurgisches Instrument, mit einem am distalen Ende eines Schaftrohres (21) angeord­ neten, aus zwei Maulteilen (22) bestehenden Maul und einer proxima­ len Handhabe (23), bei deren Betätigung wenigstens ein Maulteil relativ zum anderen verstellbar ist, und mit einer Einrichtung zur Einstellung einer definierten maximalen Schließkraft des Maules derart, daß auf dem Weg der Kraftübertragung von der Handhabe (23) zum Maul zumindest ein Kraftübertragungselement (28, 31) aus superelastischem, reversibel verformbarem Werkstoff mit mechani­ schem Formgedächtnis vorgesehen ist, dessen Spannungs-Dehnungs- Diagramm bei Spannungsbeaufschlagung ein den Bereich der Super­ elastitzität darstellendes Plateau durchläuft, wobei die Plateauspan­ nung (σ1) auf die erwähnte Schließkraft abgestimmt ist und der Weg der Verstellung der Handhabe zum Schließen des Maules durch einen Anschlag derart begrenzt ist, daß das Kraftübertragungselement (28, 31) maximal mit der Plateauspannung belastbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kraftübertragungselement als eine in dem Schaft­ rohr (21) geführte Feder (28, 31) ausgebildet ist.

2. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungselement als Zugfeder (31) ausgebildet ist, deren proximales Ende mit einem beweglichen Griffteil (25) der Handhabe (23) und deren distales Ende mit den Maulteilen (22) Verbindung hat.

3. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungselement als Druckfeder (28) ausgebildet ist, deren distales Ende mit einem beweglichen Griffteil (25) der Handhabe (23) und deren proximales Ende mit den Maulteilen (22) Verbindung hat.